Номер 5, страница 8 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

5. Перед введением углеродной атомной единицы массы в химии использовалась кислородная единица, равная $\frac{1}{16}$ массы атома кислорода-16. Как вы думаете, почему при переходе к углеродной единице за 1 а. е. м. была взята не $\frac{1}{16}$ массы атома углерода-12, а $\frac{1}{12}$ её часть?

Переход от кислородной единицы к углеродной и выбор именно $\frac{1}{12}$ части массы атома углерода-12 были обусловлены историческими причинами, а именно необходимостью унифицировать две разные шкалы атомных масс, которыми пользовались химики и физики, и сделать этот переход максимально плавным для научного сообщества.

Проблема кислородной шкалы

До 1961 года фактически существовало две разные атомные единицы массы (а. е. м.), основанные на кислороде:

1. Химическая а. е. м. Химики в своих расчетах использовали атомную единицу массы, равную $\frac{1}{16}$ от средней массы атома природного кислорода. Природный кислород — это смесь изотопов: в основном ¹⁶O, но с небольшими примесями более тяжелых изотопов ¹⁷O и ¹⁸O.
2. Физическая а. е. м. Физики, работавшие с масс-спектрометрами и измерявшие массы отдельных атомов, нуждались в более точном стандарте. Они приняли за эталон конкретный изотоп и определили свою а. е. м. как $\frac{1}{16}$ массы атома кислорода-16 (¹⁶O).

Из-за наличия тяжелых изотопов в природном кислороде, средняя масса его атома была немного больше массы атома ¹⁶O. Как следствие, химическая а. е. м. была немного больше физической. Это расхождение, хоть и небольшое (около 0.027%), создавало путаницу и приводило к несоответствиям в таблицах физических и химических величин.

Переход к единой углеродной шкале

Чтобы разрешить это противоречие, международные научные союзы (IUPAC и IUPAP) решили ввести новый, единый стандарт. В качестве эталона был выбран изотоп углерода-12 (¹²C), так как он является стабильным, широко распространенным, а его масса может быть измерена с очень высокой точностью.

Почему была выбрана именно $\frac{1}{12}$ часть?

Выбор коэффициента $\frac{1}{12}$ был ключевым компромиссом, который преследовал одну главную цель: обеспечить максимальную преемственность со старыми данными. Новая шкала должна была быть максимально близкой к старой, наиболее широко используемой химической шкале.

• Если бы за новую а. е. м. взяли $\frac{1}{16}$ массы атома ¹²C (по аналогии с кислородом-16), то все численные значения атомных масс элементов изменились бы довольно значительно. Это потребовало бы пересчета и обновления огромного количества данных во всей научной и учебной литературе.
• Определение 1 а. е. м. как $\frac{1}{12}$ массы атома ¹²C привело к тому, что новая единица массы оказалась очень близка к старой физической а. е. м., а значения относительных атомных масс элементов в новой шкале стали практически идентичны значениям в старой химической шкале. Например, относительная атомная масса природного кислорода в новой углеродной шкале равна 15.9994, что очень близко к 16 — значению, которое кислород имел по определению в старой химической шкале.

Таким образом, этот выбор позволил "убить двух зайцев": ввести единый, точный стандарт, основанный на одном изотопе (что устраивало физиков), и при этом сохранить практически неизменными все численные значения в таблицах, к которым привыкли химики.

Ответ: При переходе к углеродной единице за 1 а. е. м. была взята $\frac{1}{12}$ массы атома углерода-12, а не $\frac{1}{16}$, для того чтобы новые значения атомных масс элементов оказались максимально близки к значениям в старой, широко используемой химической кислородной шкале. Это позволило унифицировать стандарты для физиков и химиков, избежав при этом необходимости полного пересмотра всех численных данных в справочниках и учебниках.